¿Qué son los proteoglicanos?
Los proteoglicanos son proteínas glicosiladas, generalmente asociadas con sustituyentes glicosaminoglicanos (GAGs) aniónicos. Usualmente se encuentran en la cara externa de la membrana celular, o llenan el espacio extracelular, por lo que forman parte de muchos tejidos conectivos.
De estas complejas macromoléculas, las más estudiadas y analizadas han sido las de las células cartilaginosas en los animales vertebrados, puesto que la matriz extracelular en ellas comprende más del 90% del peso seco del tejido que componen, donde influyen, entre otras cosas, en la resistencia frente a compresiones.
Estructuralmente, los proteoglicanos contribuyen en la organización de la matriz extracelular, lo que le da a muchos tejidos o células individuales sus propiedades físicas más distintivas. Además, son importantes para muchos eventos de señalización y comunicación intercelular.
Son proteínas sumamente abundantes, ubicuas (están en numerosos tipos de células) y complejas, cuyas funciones biológicas y propiedades bioquímicas derivan fundamentalmente de las características de sus componentes carbohidratados, los cuales tienen una gran capacidad de hidratación.
Participan activamente en la comunicación intercelular, en los procesos de adhesión y migración y también han sido implicados en el desarrollo de diversos tejidos en los animales, como por ejemplo, las redes perineuronales del sistema nervioso.
Estructura y características de los proteoglicanos
Los proteoglicanos son proteínas glicosiladas de la superficie extracelular, aunque existen algunos que pueden hallarse en compartimentos intracelulares. Son moléculas generalmente muy abundantes, pero su abundancia depende del tipo de célula que se considere.
Ordinariamente, la porción carbohidratada de un proteoglicano consiste en moléculas de glicosaminoglicanos, polisacáridos lineales compuestos por disacáridos repetidos, usualmente de un aminoazúcar acetilado que se alterna con ácido urónico.
Su estructura general, por lo tanto, consiste en un núcleo proteico que puede asociarse con más de 100 cadenas de glucosaminoglicanos no ramificadas, unidas por medio de O-glicosilación.
Se trata de moléculas bastante diversas en cuanto a estructura, forma y función. En las células de los animales vertebrados, por ejemplo, se han identificado varias combinaciones de distintos tipos de proteínas y distintas clases de glucosaminoglicanos, a saber:
– Proteínas. Proteínas transmembranales de la superficie celular (matriz extracelular), y proteínas unidas covalentemente a anclas de glicosilfosfatidilinositol (GPI)).
– Glucosaminoglicanos. Hialuronano (HA), condroitín sulfato (CS), keratan sulfato (KS), dermatán sulfato (DS) y heparán sulfato (HS).
Algunos proteoglicanos, como los sindecanos, que son proteínas transmembranales, están unidos a 2 cadenas de heparán sulfato y 1 de condroitín sulfato; entretanto, otro proteoglicano, el agrecano (específico de cartílago) tiene cerca de 100 cadenas de condroitín sulfato y 30 de keratan sulfato.
De lo anterior se entiende que las características de glicosilación de cada proteína, así como el tipo de célula a la que pertenece, son las que definen la identidad de cada proteoglicano en la superficie celular.
Funciones de los proteoglicanos
- Soporte estructural. Forman parte de la matriz extracelular. Aportan resistencia y elasticidad a los tejidos (como cartílago y piel).
- Retención de agua. Sus GAGs atraen y retienen grandes cantidades de agua. Esto permite mantener la hidratación de los tejidos y dar resistencia a la compresión (ej. cartílago).
- Regulación de la adhesión celular. Intervienen en la interacción entre células y matriz extracelular. Influyen en cómo las células se adhieren y se organizan.
- Señalización celular. Se unen a factores de crecimiento y otras moléculas. Modulan procesos como la proliferación celular, la diferenciación o la migración.
- Filtración y barrera. Actúan como filtros biológicos, por ejemplo en la membrana basal del riñón, y regulan el paso de moléculas según tamaño y carga.
- Participación en procesos fisiológicos. Son importantes en el desarrollo embrionario, la reparación de tejidos y la inflamación.
Ejemplos de proteoglicanos
- Agrecano. El agrecano es el principal proteoglicano presente en el tejido cartilaginoso, que se asocia con fragmentos del glicosaminoglicano hialuronano (HA) en la matriz extracelular de los condrocitos. El hialuronano es un glucosaminoglicano lineal compuesto por residuos alternados de ácido glucorónico y N-acetilglucosamina, que puede hallarse tanto en la superficie celular como en la matriz extracelular y en el interior de las células. La unión del hialuronano al agrecano ocurre a través de una proteína de unión que forma importantes agregados con pesos moleculares de hasta varios millones de daltons. Muchas enfermedades articulares relacionadas con el progreso de la edad tienen que ver con el aumento en la agregación del agrecano y el hialuronano.
- Pelecano. En los glomérulos renales, la membrana basal está conformada principalmente por un proteoglicano conocido como pelecano, que se asocia con porciones de heparán sulfato. Este proteoglicano tiene importantes funciones como sitio aniónico de selectividad de cargas durante la filtración glomerular. Este proteoglicano tiene el núcleo proteico más grande que se ha observado en cualquiera de estas moléculas y se especula que este dominio proteico pueda interactuar con otras macromoléculas presentes en la membrana basal.
- Decorina. La decorina es un proteoglicano intersticial de pequeño tamaño y se caracteriza por tener una sola cadena de glucosaminoglicano y un pequeño núcleo proteico. Es un componente importante de muchos tejidos conectivos, se une a fibras de colágeno tipo I y participa en el ensamblaje de la matriz extracelular.